Jakou roli hraje pole čočky v laserovém gravírovacím stroji?

Během laserového gravírování hraje pole zrcadla klíčovou roli. Pojďme nyní porozumět a prozkoumat jeho funkci.
1. Co je to pole zrcadla?
Pole zrcadla je klíčovou součástí optického systému laserového gravírovacího stroje. Obvykle je nainstalováno za systémem skenovacích zrcadel. Jeho hlavní úkolem je soustředit laserový paprsek, který byl odchýlen a odražen zrcadlem, do vysoce koncentrovaného a extrémně malého světelného bodu, a zajistit, že tento bod vytvoří rovnou a bezeskvé skenovací plochu na povrchu pro gravírování.
II. Tři základní funkce polních čoček
Funkce polních čoček sahají daleko za rámec pouhého „zaostřování“. Konkrétně se projevují v následujících třech klíčových aspektech:
Základní funkce: Soustředění laserové energie
Toto je nejzákladnější funkce pole čočky. Po průchodu laserového paprsku expanderem a jeho kolimaci, i když jde o rovnoběžný svazek, je hustota energie relativně rozptýlená a nelze jej přímo použít pro zpracování. Čočka pole díky přesnému tvaru své zakřivené plochy soustředí dopadající rovnoběžný laserový paprsek do velmi malého bodu. Podle optických principů se hustota energie v ohnisku exponenciálně zvyšuje, dosahuje prahu okamžité sublimace nebo mění fyzikální a chemické vlastnosti povrchu materiálu, čímž plní účel značení a gravírování. Čím kratší je ohnisková vzdálenost čočky pole, tím silnější je schopnost soustředění, menší je světelná skvrna a vyšší je hustota energie, což ji činí vhodnější pro jemné zpracování.
2. Klíčová funkce: Dosažení rovinného skenování
Právě toto odlišuje pole čočky od běžných spojných čoček. Pokud by byly použity pouze běžné čočky, při vychylování motoru skenovacího zrcadla by se měnila poloha ohniska laserového paprsku na značící rovině, což by vedlo ke kulovému tvaru ohniskové roviny (tj. „zakřivení pole“). To znamená, že okraje značící roviny budou před nebo za ohniskem, čímž dojde k rozostření a nedostatečné energii.
Čočka pole díky speciálnímu optickému návrhu dokáže „vyrovnat“ kulové ohniskové pole vytvořené skenováním zrcadla do roviny. Bez ohledu na úhel dopadu laserového paprsku na čočku pole jej dokáže soustředit do téže roviny. Tím je zajištěno, že ve celém značícím rozsahu (např. 100 mm x 100 mm) zůstávají velikost a hustota energie světelné skvrny v každém bodě konzistentní, čímž se dosahuje vysoce kvalitního značení s ostrými okraji a rovnoměrnou hloubkou jak ve středu, tak po obvodu.
3. Role při rozhodování: Definování rozsahu značení a velikosti bodu
Ohnisková vzdálenost pole čočky přímo určuje dva klíčové provozní parametry laserového zařízení pro značení:
Rozsah značení: Čím delší je ohnisková vzdálenost čočky, tím větší je rozsah značení. Například čočka s ohniskovou vzdáleností 100 mm může mít maximální rozsah značení 100 mm x 100 mm, zatímco čočka s ohniskovou vzdáleností 330 mm může dosáhnout 300 mm x 300 mm. Za tuto výhodu se však platí tím, že při značení na větší ploše bude hustota energie relativně nižší.
Velikost bodu: Čím kratší je ohnisková vzdálenost čočky, tím menší je zaostřený bod a vyšší je přesnost zpracování. Je vhodná pro extrémně jemné značení, jako jsou mikro díry, QR kódy a jemné vzory. Odpovídajícím způsobem je však i její rozsah značení menší.
Proto musí uživatelé vybrat vhodnou ohniskovou vzdálenost čočky pole na základě velikosti a požadované přesnosti opracovávaného obrobku a najít kompromis mezi rozsahem značení a přesností opracování.
III. Hlavní technické parametry a pokyny pro výběr čoček pole
Výběr vhodné čočky pole je klíčový pro optimalizaci efektu značení:
Ohnisková vzdálenost: Jak bylo zmíněno výše, jde o hlavní kritérium pro výběr.
Krátká ohnisková vzdálenost (např. F=100 mm – 163 mm): úzký rozsah, vysoká přesnost, vysoká hustota energie. Uplatnění při jemném značení elektronických součástek, lékařských přístrojů, šperků, křemíkových waferů atd.
Střední ohnisková vzdálenost (např. F=210 mm – 254 mm): nabízí nejlepší rovnováhu mezi rozsahem a přesností a má největší univerzálnost. Uplatnění při značení logotypů a sériových čísel na většině kovových a plastových výrobků.
Dlouhá ohnisková vzdálenost (např. F=330 mm – 420 mm): vhodná pro značení na velkou vzdálenost nebo pro značení na 3D zakřivených plochách (díky větší hloubce ostrosti). Použitelné u automobilových dílů, velkých kovových plechů atd.
Velikost vstupního světelného bodu: Pole čočky má maximální mezní clonu. Je nutné zajistit, aby průměr laserového paprsku vystupujícího z galvanometru byl menší než povolený vstupní světelný bod čočky. Jinak bude okrajové světlo blokováno, což povede ke ztrátě energie a deformaci bodu.
Hloubka ostrosti: Označuje rozsah hloubky, ve kterém lze získat ostré obrazy před a za ohniskem. Hloubka ostrosti u čoček s dlouhou ohniskovou vzdáleností je větší a klade nižší nároky na rovinnost povrchu obrobku. Je vhodnější pro značení na mírně nerovných zakřivených plochách.
Koating: Vysokokvalitní antireflexní povlaky mohou výrazně snížit ztráty odrazem laseru na povrchu čočky, zlepšit využití energie a chránit čočku před poškozením vysokou teplotou. Povlak by měl být vybrán na základě vlnové délky laseru (např. 1064 nm, 10,6 μm, 355 nm).
IV. Údržba a péče o objektivové čočky
Jako precizní optické komponenty vyžadují objektivové čočky pečlivou údržbu:
Ochrana před znečištěním: Kouř a rozstříkované látky vznikající při zpracování mohou kontaminovat povrch objektivové čočky, což ovlivňuje průchod světla a kvalitu značení a může dokonce způsobit prasknutí čočky v důsledku lokálního tepelného zatížení.
Způsob čištění: Použijte profesionální vzduchovou pumpičku, bezvodý ethanol a čistící papír pro čočky. Čočku opatrně otírejte z středu směrem k okraji ve spirálovém pohybu.
Pozor na nárazy: Vyhněte se jakýmkoli fyzickým kolizím, abyste předešli poškození optického povrchu.

Závěrem, i když je pole čočky malé, jedná se o jednu z klíčových součástí optického systému laserového gravírovacího stroje. Nejenže působí jako koncentrátor energie, ale také slouží jako „vyrovnávací zařízení“ pro rovinu skenování a přímo určuje přesnost, rozsah a rovnoměrnost gravírovací operace. Při výběru a konfiguraci laserového gravírovacího systému je nezbytné plně porozumět principům a funkcím pole čočky, vybrat vhodnou čočku na základě skutečných požadavků aplikace a provádět pravidelnou údržbu. Tento krok je nezbytný k tomu, aby zařízení pracovalo s optimálním výkonem a dosahovalo dokonalých výsledků zpracování.